La tecnología de control del proceso de intercambio de calor dentro y fuera de la nave espacial para mantener la temperatura del equilibrio térmico dentro del rango requerido también se denomina control de temperatura de la nave espacial.

El control térmico de las naves espaciales se basa en las teorías básicas de la transferencia de calor y la termodinámica de la ingeniería, y es una parte importante de la tecnología aeroespacial. Varios materiales y equipos utilizados para el control térmico constituyen el sistema de control térmico de la nave espacial.

Las naves espaciales funcionan en condiciones de temperatura muy severas. Por ejemplo, una nave espacial retráctil tiene que experimentar cambios en la temperatura ambiente de menos de -200 ° C a más de 10,000 ° C. La estructura de la nave espacial, los instrumentos y equipos, y los organismos vivos en ella no pueden soportar cambios de temperatura tan drásticos.

Algunos sensores remotos infrarrojos en satélites terrestres artificiales también deben tener un entorno de trabajo de temperatura ultrabaja; los tubos de ondas viajeras de alta potencia de los satélites de radiodifusión requieren una mejor disipación del calor; los compartimentos de equipos electrónicos de algunas naves espaciales requieren un entorno de temperatura uniforme y constante el transbordador espacial necesita resolver muchos problemas Protección térmica después de un uso repetido. El control térmico de la nave espacial se puede dividir generalmente en control térmico de la sección de operación espacial y control térmico de la sección de transición.

La primera es una tecnología compartida por todos los tipos de naves espaciales y es el contenido principal del control térmico de las naves espaciales; la segunda, además del control térmico en la sección terrestre, es principalmente una tecnología utilizada por las naves espaciales que regresan y las sondas espaciales que ingresan a los planetas atmosféricos.

Control térmico durante la operación espacial La nave espacial es calentada por el sol y los planetas en órbita, y disipa el calor al espacio exterior a una temperatura equivalente a 4K. El espacio exterior es un entorno de vacío ultra alto, por lo que la nave espacial intercambia calor con el entorno circundante en forma de radiación. El control térmico en la sección de operación espacial se puede dividir en pasivo y activo.

El control térmico pasivo sebasa en la selección de diferentes materiales de control térmico y un diseño de ensamblaje razonable para manejar el proceso de intercambio de calor dentro y fuera de la nave espacial, de modo que la temperatura de cada parte de la nave espacial no exceda el rango permitido en diversas condiciones de trabajo.

El control térmico pasivo en sí mismo no tiene la capacidad de ajustar automáticamente la temperatura, pero es simple y confiable, y es el principal medio de control térmico. Las tecnologías comúnmente utilizadas son: cubrir un recubrimiento especial de control de temperatura en la superficie del caparazón de la nave espacial para reducir la relación entre la absortividad solar y la emisividad del calor en la superficie.

Ésta es una tecnología de control térmico comúnmente utilizada para las naves espaciales; En diferentes partes del caparazón o Los tubos de calor del instrumento están dispuestos entre ellos para dirigir el calor del extremo caliente al extremo frío para reducir la diferencia de temperatura entre los componentes y los instrumentos; Aplique múltiples capas de materiales de aislamiento térmico o revestimientos de baja emisividad en la superficie de los instrumentos o componentes para prevenir la pérdida de calor o bloquear otras fuentes de calor; Usar materiales de cambio de fase que absorben y liberan calor durante el proceso de fusión y solidificación, como parafina, hidrato, etc., para facilitar la alternancia de altas y bajas temperaturas de ciertos elementos y componentes.

Además, la disposición de los instrumentos y el equipo dentro de la nave espacial hace que la distribución de las fuentes de calor sea razonable y dispone de suficientes canales de transferencia de calor. La superficie de la carcasa de la nave espacial con pocos cambios de temperatura se selecciona como disipador de calor del equipo para reducir la temperatura fluctuación del equipo.

Control térmico activo:cuando cambia el flujo de calor externo o la fuente de calor interna, la temperatura del equipo interno de la nave espacial se ajusta automáticamente y se mantiene dentro del rango especificado.

El control térmico activo se divide en tres tipos: radiante, convectivo y conductor según diferentes métodos de transferencia de calor: Control térmico radiante: cuando la temperatura del equipo en la nave espacial sube o baja, puede cambiar automáticamente la emisividad térmica combinada de la superficie, cambiando así la disipación de calor Capacidad para mantener el rango de temperatura de los equipos, tales como persianas de control térmico y discos rotativos de control térmico.

Control de calor por convección: cambie el coeficiente de transferencia de calor por convección del fluido dentro de la nave espacial con ajuste de circulación de gas o fluido para lograr el ajuste de temperatura.Este tipo de sistema tiene dos tipos de circulación de líquido y circulación de gas. El fluido es impulsado por una bomba o un ventilador para extraer el calor dentro de la nave espacial y fluye a través del radiador de calor externo hacia el espacio exterior.

Control térmico activo conductivo: disipa el calor del equipo interno de la nave espacial a la superficie de la capa exterior por conducción al espacio exterior. El coeficiente de conductividad térmica se puede cambiar con el aumento y la caída de la temperatura del equipo, ajustando así automáticamente la temperatura del equipo, como por ejemplo, contactando un interruptor de conducción de calor y un tubo de calor con conducción de calor variable.

Los calentadores eléctricos también son dispositivos de control térmico activo de uso común para naves espaciales. El cable de calentamiento eléctrico (hoja) se instala en la parte calentada y el calentamiento se controla por control remoto o automáticamente. Su estructura es simple, fácil de usar y de alta precisión de control.

La sección de transición controla térmicamente lanave espacial antes de lanzar la sección de tierra, la sección de lanzamiento (sección ascendente) y reingresar a la atmósfera terrestre o ingresar a otra sección de atmósfera planetaria de la tecnología de control térmico adoptada.

El control térmico en la sección de tierra es una tecnología común para todos los tipos de naves espaciales; el control térmico en la sección de lanzamiento solo se usa para naves espaciales sin protección de carenado durante el lanzamiento; el control térmico en la sección de reentrada o sección de entrada es una nave espacial de retorno o en un espacio con planetas atmosféricos La tecnología de control térmico adoptada por el detector.

El control térmico en la sección de tierrase refiere principalmente al control de temperatura de la nave espacial en el sitio de lanzamiento.

El sitio de lanzamiento tiene cambios de temperatura en cuatro estaciones y día y noche. Para garantizar la prueba normal de la nave espacial y la temperatura de despegue adecuada, se instala un sistema de ajuste de temperatura en la torre de lanzamiento. El control de temperatura de la sección de tierra es relativamente fácil de implementar, y la energía de tierra, la fuente de aire y el sistema de baja temperatura se pueden utilizar por completo.

En verano, se utilizan sistemas de refrigeración por freón u otro gas de baja temperatura superficial o sistemas de refrigeración híbridos; en invierno, se utilizan sistemas de calefacción eléctrica o sistemas de aire caliente.

Control térmico durante la sección de lanzamiento (sección ascendente) El control térmico durante el proceso de vuelo de la nave espacial mientras pasa a través de la atmósfera y se pone en órbita. Al lanzar una nave espacial con un vehículo de lanzamiento, la mayoría de las naves espaciales están cubiertas con carenados para mantener un buen ambiente dentro de la nave espacial.

Cuando el transbordador espacial transporta la nave espacial al espacio, la nave espacial se instala en su compartimiento de carga y las condiciones ambientales se pueden ajustar y controlar. Muchas naves espaciales retornables y algunas otras naves espaciales utilizan vehículos de lanzamiento sin carenados, y el entorno de lanzamiento es relativamente severo.

Estas naves espaciales están sujetas directamente al calentamiento aerodinámico durante la sección de lanzamiento y la temperatura aumenta rápidamente. La etapa inicial después de entrar en órbita se ve afectada por Retraso de aumento de temperatura La temperatura dentro de la nave espacial continúa aumentando, y la tarea del control térmico durante el ascenso es evitar que la estructura y el equipo de la nave espacial se sobre calienten.

Las principales medidas son: reducir el calor transferido desde la carcasa de alta temperatura al equipo interno; aumentar la capacidad calorífica del equipo; reducir la temperatura inicial de la nave espacial durante el lanzamiento.

Sección de reentrada o control térmico de la sección de entrada

Esta es una tecnología clave en la tecnología de retorno de naves espaciales y la tecnología de atmósfera planetaria (ver tecnología de entrada de naves espaciales).

El uso de amortiguación atmosférica puede eliminar efectivamente la enorme energía cinética cuando la nave espacial regresa a la superficie de la tierra, pero el calentamiento aerodinámico puede causar altas temperaturas en la superficie de la nave espacial.

La solución es reducir la cantidad de calentamiento aerodinámico, fortalecer la disipación de calor de la radiación externa de la nave espacial y aumentar la capacidad calorífica y el calor latente de la carcasa, lo que generalmente requiere un diseño especial de estructura de protección térmica de reentrada (entrada) (ver estructura de protección térmica de reentrada) .